蒸汽鍋爐安全閥銹蝕成因分析

  蒸汽鍋爐安全閥銹蝕成因分析

上海申弘閥門有限公司 

摘 要：蒸汽鍋爐在用安全閥銹蝕，不僅會引起密封性能不穩(wěn)定，更

嚴(yán)重的是給鍋爐的運行形成極大的安全隱患。根據(jù)安全閥銹蝕技術(shù)特征，

對安全閥銹蝕原因進(jìn)行深入分析，說明了安全閥日常維護(hù)和保養(yǎng)，對保證

其安全性能起著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：蒸汽鍋爐安全閥  銹蝕技術(shù)特征  成因分析

Abstract: steam boiler safety valve used in rust, not only will cause unstable sealing performance, the more important is the formation of the great hidden danger to the boiler operation. According to the safety valve corrosion characteristics, in-depth analysis of the safety valve corrosion, explains the safety valve of daily maintenance and maintenance, to ensure the safety of the performance plays a vital role in.

Keywords: analysis of steam boiler safety valve corrosion technology features and causes

0 前言

2012年年初，某木材加工廠一臺LSH0.5-0.4-AII型蒸汽鍋爐發(fā)生爆炸。該鍋爐于2011年4月投入使用，2012年1月3日發(fā)生爆炸，鍋爐的使用期限僅8個月左右。事故發(fā)生后， 事故調(diào)查組對事故鍋爐進(jìn)行解體取樣檢測，對給水水質(zhì)進(jìn)行取樣檢測，對安全閥進(jìn)行開啟壓力檢測和解體檢測。 經(jīng)對鍋爐進(jìn)行全面技術(shù)鑒定，認(rèn)定事故發(fā)生的直接原因是鍋爐安全閥閥瓣銹死，失去正常保護(hù)作用，導(dǎo)致鍋爐超壓運行，鍋爐結(jié)構(gòu)遭到破壞發(fā)生爆炸。 

1 安全閥基本結(jié)構(gòu)與工作原理 

本案涉及的全啟式彈簧安全閥，由閥體、閥座、閥瓣、反沖盤、導(dǎo)向套、彈簧及座、調(diào)整及固定螺母、調(diào)整螺桿、扳把、閥軸、防護(hù)罩等，共19個零部件組成。 彈簧式安全閥正常情況及工作狀態(tài)下，彈簧力通過反沖盤將閥瓣壓向閥座，使密封面貼合對介質(zhì)（蒸汽）密封；當(dāng)介質(zhì)壓力升高到開啟壓力（即整定壓力值），彈簧受力壓縮，閥瓣離開閥座，介質(zhì)從安全閥中排出，系統(tǒng)壓力降低；當(dāng)介質(zhì)壓力下降到規(guī)定值（即回座壓力）以下時，彈簧力又將閥瓣推向閥座，密封面重新貼合，回到正常的密封狀態(tài)。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。其安全性能：主要體現(xiàn)在鍋爐正常運行時通過閥瓣與閥座開合間隙的自動啟閉，完成蒸汽介質(zhì)自動泄放、壓力有效調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對鍋爐安全保護(hù)。  

2  安全閥閥瓣與閥座、導(dǎo)向套粘住、卡澀的技術(shù)特征與成因：

從全啟式彈簧安全閥結(jié)構(gòu)上分析：閥瓣和閥座密封面的貼合力，來源于上部彈簧 的頂壓力，正是這種彈簧壓力（稱為整定力），使得和閥瓣下部的蒸汽壓力相對定壓平衡或不平衡，當(dāng)蒸汽壓力大于彈簧壓力時，閥瓣受力向上運動安全閥開啟，蒸汽從安全閥內(nèi)排出；當(dāng)蒸汽壓力小于上部的整定壓力時，閥瓣受力向下運動與閥座貼合，形成對下部蒸汽的密封，保證鍋爐在額定工作壓力下正常工作。

蒸汽鍋爐在高溫工作狀態(tài)下，安全閥閥瓣與閥座緊密貼合，形成對蒸汽的密封，這是保證安全閥密封性能結(jié)構(gòu)性的技術(shù)要求。而正是這種緊密貼合力，使密封界面（簡稱：“密封面"）的結(jié)合部位金屬材料的分子形成劇烈的熱運動，在外界壓力下其密封面分子的間距變小?，F(xiàn)代微觀物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)表面：物質(zhì)分子之間引力的大小與物質(zhì)的質(zhì)量成正比，與距離的平方成反比。該平方反比率，適用于物體之間萬有引力現(xiàn)象的解釋，適用于微觀分子運動作用力的解釋，適用于宏觀工件配合應(yīng)力現(xiàn)象的解釋。譬如兩個金屬工件通過加熱進(jìn)行鍛打可以結(jié)合在一起的實例那樣?，F(xiàn)代物理學(xué)還表明：世界上沒有真正剛體，任何物體在外力作用下，都必會引起物體的相對變形，其變形量分為微觀級別和宏觀級別。宏觀級別的變形量可以用量具或儀器測量進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，而微觀級別的變形量用宏觀檢測的手段難以實現(xiàn)，只有用高精尖的1×10 -8  cm分子尺度測量儀器進(jìn)行測量。物體的變形說明物質(zhì)是由分子構(gòu)成的，在外力的作用下通過形狀的改變，來實現(xiàn)物體內(nèi)部的應(yīng)力平衡。正是這種應(yīng)力的平衡作用，安全閥閥瓣和閥座密封界面金屬分子之間作用力發(fā)生了重大變化，其引力作用逐漸加大，即金屬分子之間的相互作用力（即所謂的分子粘合力），這種情況的粘合力與密封面承受的壓強、溫度和貼合時間有正比例關(guān)系。

安全閥閥瓣與閥座粘合力的形成，還有另外一個條件因素，也就是安全閥排出介質(zhì)的純凈度問題。在安全閥排出的水蒸氣純凈度不高的情況下，特別是鍋爐的給水硬度值較大、鍋爐排污不及時，形成鍋水鈣、鎂、鋇等礦物質(zhì)金屬離子的濃度較高，必然形成排出蒸汽中含有雜質(zhì)，其雜質(zhì)附著殘留在密封面上。當(dāng)閥瓣閉合后，受高溫的影響水分揮發(fā)，其雜質(zhì)必然失水濃縮而被結(jié)晶（俗稱“水銹"或“水垢"），在密封界面之間形成硬垢膜，硬垢膜薄而均勻時不影響安全閥的密封性能，硬垢膜厚度不均勻時會形成安全閥密封性能不良，形成漏氣現(xiàn)象。鍋爐運行過程中發(fā)現(xiàn)安全閥漏氣時，有經(jīng)驗的司爐工通常用手動排氣的方法，重復(fù)幾次，多數(shù)情況下安全閥可以恢復(fù)其密封性能。其原因是;手動排氣通過外力控制安全閥閥瓣達(dá)到高的提升高度，手動力消失后彈簧的壓縮力被釋放，傳遞給閥瓣迅速回座，擊碎了硬垢膜高出的部分，增加了硬垢膜的均勻度，被擊碎分解的水銹雜質(zhì)隨蒸汽排出安全閥?？梢赃@樣定論：對于蒸汽品質(zhì)純凈度較高的在用安全閥，其閥瓣和閥座的粘連大多是金屬分子熱運動近距離引力效應(yīng)引起的，對于蒸汽品質(zhì)純凈度不高的在用安全閥，閥瓣和閥座（包括導(dǎo)向套的卡澀）的粘連大多是水垢雜質(zhì)硬垢膜粘合力引起的。  

由此可知：安全閥的銹蝕卡澀形成原因，不應(yīng)簡單理解為金屬氧化銹蝕，其密封界面的“分子熱壓引力效應(yīng)粘合力"和“水垢雜質(zhì)硬膜粘合力"是決定性的因素。

3 保證在用安全閥安全性能的相關(guān)規(guī)定 

在鍋爐安裝時，使用單位必須委托有安裝資格的單位進(jìn)行安裝，安裝前必須向當(dāng)?shù)氐奶胤N設(shè)備安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)進(jìn)行告知[1]，并提請當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)督檢驗機(jī)構(gòu)進(jìn)行安裝質(zhì)量的監(jiān)督檢驗。鍋爐配套安全閥在安裝前必須經(jīng)有資質(zhì)的單位對安全閥進(jìn)行校驗（根據(jù)工作壓力進(jìn)行開啟壓力的整定、回座壓力的靈敏度和密封性能檢驗），安全閥的校驗單位，在進(jìn)行安全閥校驗前，首先檢查安全閥的合格證、銘牌、實物與特種設(shè)備規(guī)范要求的符合性，根據(jù)鍋爐的使用壓力對安全閥進(jìn)行啟閉壓差靈敏度的校驗，密封性能的校驗，進(jìn)行開啟壓力整定，對實物進(jìn)行鉛封，合格后出具校驗報告，方可進(jìn)行安全閥的安裝[2]。

對安全閥的使用和日常檢修規(guī)定：“鍋爐運行中，安全閥需要定期進(jìn)行手動排放試驗，鍋爐停止使用后又重新啟用時，安全閥也需要手動排氣試驗"。鍋爐運行安全閥定期排放試驗周期，工業(yè)蒸汽鍋爐一般10-15天，電站鍋爐排放試驗的間隔不大于一個小修間隔，其目的就是防止閥瓣與閥座銹死粘連、導(dǎo)向套與反沖盤卡澀現(xiàn)象產(chǎn)生[2].[3] [4]。

上述種種現(xiàn)象告訴我們：根據(jù)鍋爐工作壓力進(jìn)行安全閥開啟壓力整定，有利于鍋爐在熱負(fù)荷適應(yīng)狀態(tài)下的司爐調(diào)整和低負(fù)荷時壓力上升安全閥開啟自動保護(hù)。如果安全閥的整定開啟壓力整定過高，鍋爐長時間高負(fù)荷工作，其系統(tǒng)壓力一直達(dá)不到安全閥的開啟壓力，如果不定期對安全閥進(jìn)行手動排放試驗，勢必形成所謂的銹蝕粘連安全閥失效，一旦鍋爐熱負(fù)荷降低，鍋爐就會超壓運行，極易引發(fā)難以想象的事故。

特種設(shè)備事故統(tǒng)計分析表明，近年來小型鍋爐、快開門式壓力容器、洗染行業(yè)用烘缸（筒）已成為易發(fā)事故特種設(shè)備。為了加強此類特種設(shè)備的使用安全，近期各地已經(jīng)加強安全監(jiān)察，開展專項檢查。……小型鍋爐（重點是立式鍋爐），檢查鍋爐是否辦理使用登記；是否在定期檢驗有效期內(nèi)；是否存在私自安裝改造維修；安全附件、安全保護(hù)裝置和壓力表等裝置是否定期校驗和檢修，水位計是否定期沖洗、安全閥是否定期進(jìn)行手動排放試驗、……；操作人員是否持有效特種設(shè)備作業(yè)人員證，是否會對超壓、缺水等緊急情況進(jìn)行處置[5]。 

4 結(jié)束語

蒸汽鍋爐是一種特種設(shè)備，安全閥是鍋爐系統(tǒng)的重要組成部分，國家為了保證特種設(shè)備的安全，頒布實施了一系列的法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范，明確了特種設(shè)備生產(chǎn) （含設(shè)計、制造、安裝、改造、維修）、使用、檢驗檢測及其監(jiān)督檢查等各個重大實施環(huán)節(jié)的主體對象和相應(yīng)的法律責(zé)任，規(guī)范了特種設(shè)備的各主體責(zé)任單位的行為準(zhǔn)則，按其執(zhí)行可以有效杜絕安全隱患、防止事故發(fā)生、對保證設(shè)備安全具有重大意義。 

參考文獻(xiàn)：

[1]  國務(wù)院第549號令《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》第十七條）

[2]  勞部發(fā)【1996】276號《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第145、146、147條

[3]  TSG ZF001-2006《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第B5.2.(4)條 

[4]  TSG G0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第6.1.16（1）條

[5] （質(zhì)檢辦特〔2013〕338號）《關(guān)于加強小型鍋爐、快開門式壓力容器和烘缸（筒）安全監(jiān)察工作的通知》 與本文相關(guān)的論文有：益海嘉里糧油加工中減壓閥應(yīng)用案例